[发明专利]一种钛合金薄壁件表面裂纹修复方法

说明书

针对0.5mm～0.7mm厚钛合金薄壁件修复需求，为了克服现有修复技术可行性差、起弧时卷边烧穿、熔焊后热应力大、焊后热处理工序复杂的缺陷。本发明提出了一种钛合金薄壁件表面裂纹修复方法，考虑到激光熔覆激光热量集中，采用小功率进行激光熔覆时钛合金蒙皮不会卷边烧穿。但是小功率无法将钛合金粉末充分熔化，将激光熔覆技术和直流氩弧焊技术相结合，氩弧焊在已经熔覆有钛合金粉末的基础上，使钛合金粉末进一步熔化填充，实现腹鳍钛合金蒙皮表面裂纹的修复，提高了修复效率，保证熔覆层质量，降低了修理成本，恢复腹鳍结构的气动外形，不损坏周边区域，保证其结构承载能力，解决腹鳍钛合金蒙皮表面裂纹修复“瓶颈”问题。

技术领域

本发明涉及一种钛合金薄壁件表面裂纹修复方法，该方法将激光熔覆技术和氩弧焊技术结合起来，实现0.5mm~0.7mm厚钛合金薄壁件航空飞机腹鳍钛合金蒙皮表面裂纹故障的修复。

背景技术

某型飞机在检修的过程中，发现腹鳍钛合金蒙皮表面与内部加强肋连接处存在多处裂纹，长度为17cm~25cm不等，沿表面钛合金蒙皮与加强肋连接处扩展延伸，并且该裂纹故障损伤较深已穿透第二层，严重危害飞机使用安全。若是直接采用更换新品的方式进行修复，一是维修成本太大，且腹鳍因裂纹故障就报废处理浪费严重。二是修理厂家不具备生产制造手段，对外采购新品周期长，且受制于人，难以保障飞机正常交付周期。因此开发腹鳍表面裂纹修复技术可以有效避免资源浪费，缩短修理周期，具有极大地经济效益。

该型腹鳍为钛合金双层薄壁结构，材料均为TC4钛合金，采用超塑成型并扩散连接制造，最外侧钛合金蒙皮厚度约0.5mm~0.7mm，第二层钛合金钛合金蒙皮厚度不超过1mm，夹层有胶液。钛合金具有熔点高、化学性质活泼、导热性差、热容量大等特点，高温下极易氧化影响焊接质量，修理难度较大。传统氩弧焊修复技术热输入量较大，钛合金蒙皮表层厚度为0.5mm~0.7mm，容易造成钛合金蒙皮卷边，甚至直接导致钛合金蒙皮烧穿，扩大故障范围；钛合金夹层填充有胶液，胶液熔点相对于钛合金熔点低很多，胶液熔化易进入熔池，使钛合金焊缝中产生密集气孔；且胶液燃烧后产生的气体使氩弧焊保护气体氩气不能直接作用到熔池上方，导致钛合金氧化。激光熔覆技术属于精密加工，不仅可以控制修复轨迹，而且可以通过调整激光功率和送粉量，严格控制熔覆层的厚度，具有热输入量小，对基体材料的组织和性能影响小等显著优势，可应用于钛合金薄壁件的修复。

在公开号为CN1966201的发明创造中公开了一种钛合金薄壁壳体的激光熔敷修复方法，通过清理焊料电蚀层和焊料真空退火除氢，然后在氩气保护下激光熔敷，可以实现熔敷层与基体的冶金结合，对基体热影响区小，变形量小，其修复材料为BT20，且壁厚2mm，对于厚度为0.5mm~0.7mm的腹鳍薄壁件来说，存在薄壁件被烧穿的风险。

在公开号为CN109207988A的发明创造中公开了一种钛合金薄壁件表面损伤修复用冷喷涂粉末及修复方法，以He为载气，将TC4、Ti与Al₂O₃混合粉末冷喷涂于钛合金薄壁板受损表面处，降低粉末喷涂沉积的热输入量，沉积后对钛合金薄壁板件进行热处理。采用该方法修复裂纹类故障，由于冷喷涂结合强度低，粉末孔隙率大，组织不致密，在飞机使用过程中有脱落的风险。

在公开号为CN110983103A的发明创造中公开了一种TB6钛合金的3D打印激光修复方法，通过调整激光工艺参数对钛合金表面进行激光强化加工，获得无气孔缺陷、性能良好的激光再制造修复层。TB6为β型钛合金，TC4为α+β钛合金，两者合金种类不同，性能差别较大，且该发明激光器功率较大（900W~2000W），不适用于薄壁件的修复。

在公开号为CN113088962A的发明创造中公开了钛合金薄壁叶片损伤件的激光熔覆多方位修复方法，激光功率为700W~1000W，利用同轴送粉激光熔覆对槽按槽口从左到右的方向熔覆若干列，所述列均采用从槽底向槽口的螺旋上升的方式熔覆。该发明中激光功率高达1000W，热输入量过大，极易引起薄壁件变形，不适用于腹鳍薄壁件的修复。